【摘 要】
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随着油井深度增加,储层岩石强度与复杂度随之提高,射孔作业难度增大,需采用高穿深、低损伤的射孔弹射孔,目前射孔弹优化设计的手段主要以物理实验和网格法的数值模拟为主,实验成本高、周期长、危险性大、不易实现,传统数值模拟存在网格畸变、网格穿透等问题,易导致模拟失真。本文基于SPH无网格粒子方法模拟爆炸冲击问题的优势,提出了一种能够稳定传递爆轰波的初始化均布粒子方法并予以验证,计算精度分别提高了1.6%和
【基金项目】
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国家自然科学基金“高温高压深井射孔压力脉动及管柱动力响应机理研究”项目资助,编号51374171；
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随着油井深度增加,储层岩石强度与复杂度随之提高,射孔作业难度增大,需采用高穿深、低损伤的射孔弹射孔,目前射孔弹优化设计的手段主要以物理实验和网格法的数值模拟为主,实验成本高、周期长、危险性大、不易实现,传统数值模拟存在网格畸变、网格穿透等问题,易导致模拟失真。本文基于SPH无网格粒子方法模拟爆炸冲击问题的优势,提出了一种能够稳定传递爆轰波的初始化均布粒子方法并予以验证,计算精度分别提高了1.6%和2.6%,可以高精度的模拟射孔侵彻问题。结合SPH方法与虚拟源点法,高效分析射流侵彻靶板的最大深度,单个侵彻算例的模拟时间缩短到平均20min左右。探究了聚能射孔弹外壳参数对其侵彻性能的影响,对比无外壳和1.43mm外壳射孔弹射流能量,射流能量从50.8k J提高到68.7k J,5.43mm外壳射流能量达到峰值为88.4k J,6.43mm壁厚时能量转而降低至84.6k J,增加外壳厚度可以加强爆炸能量转换为射流总体能量的比率,但外壳过厚会增加爆轰抛散其碎片的能量消耗,导致射流能量降低。无外壳到固定约束外壳,射流触靶时间消耗减少了2%,触靶速度增加了58%,失效材料抛散角由75°减小到33°,最大侵彻深度由11.34cm增加至30.47cm。使用Python语言调用Open CV库自编程,识别了射流参数对靶板的损伤,量化了损伤占比。自由边界靶板损伤占比较固定边界靶板损伤占比低9.35%。射流密度增加,靶板损伤占比增加,未贯穿靶板时损伤占比仅为10.8%和15.9%,当密度增大到足以贯穿靶板时,损伤占比增加到55.0%和64.7%;射流直径增加对靶板损伤的影响仅在1mm和2mm之间有较大增幅;射流速度在2000m/s和3000m/s时,均未能贯穿靶板,靶板损伤占比在45%-55%,其余4000-8000m/s的方案射流聚能贯穿靶板,靶板损伤占比锐减至0-5%。可见,射流密度和射流速度是影响靶板损伤的主要因素,在射流能够贯穿的前提下,靶板损伤程度随密度增加而增加,随速度增加而降低。研究成果为低损伤高穿深射孔弹优化设计提供了参考,为用SPH方法模拟聚能射孔弹侵彻靶板的研究提供借鉴。
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